深圳区间地铁隧道施工引起地表沉降规律的研究

段宝福，吴 晖

(山东省土木工程防灾减灾重点实验室(山东科技大学)，山东 青岛 266510)

人口居住密度越来越大，城市地面交通拥挤已经严重影响到国民经济的健康稳定持续发展。汽车的增长速度远远大于地面道路的建设速度。城市交通问题成为一个亟需得到改善、解决的问题［1］。城市轨道交通作为一种现代化交通工具，具有运量大、速度高、低污染、安全方便等特点，属于绿色环保交通体系，符合可持续发展原则，适合我国各大、中城市［2］。盾构法作为一种安全高效的隧道施工方法，在城市地铁、地下管道中取得了广泛的应用。但盾构法施工引起地层损失及地下水流失，造成地表沉降也成为亟需解决的问题［3-4］。

1 工程概况

1.1 工程位置

深圳地铁西乡—固戍区间(西乡站—海湾中学段)隧道工程位于深圳市宝安区新湖路上。左线区间长度257.115 m，右线区间长度271.150 m，左右线共528.265 m，隧道左右线均为直线，线间距为23 m，隧道埋深为10～20 m。

1.2 工程地质及水文地质

区间隧道洞身大量穿越淤泥质层、富水砂层、粉质黏土层、混合花岗岩残积层和全风化层，具有孔隙比大、高压缩性、抗剪强度低等特点，具触变性、流变性和不均匀性，透水性较强。隧道均处于不良地层，施工受扰动后稳定较慢，自稳能力差，极易形成涌水、涌砂和坍塌。

本场地地下水按赋存条件主要分为孔隙水与基岩裂隙水。孔隙水主要赋存于第四系砂层及黏性土残积层和加里东全风化混合花岗岩中。基岩裂隙水主要赋存于混合花岗岩强～中等风化层中，略具承压性。本次勘察期间地下水位埋深6.3～13.5 m，水位高程7.06～9.07 m，水位变幅0.5～2.0 m。主要靠大气降水补给。

1.3 工程特点

本工程地层为典型的上软下硬地层，原设计为浅埋暗挖隧道。由于该段地下水较为丰富，施工过程水土流失较严重，车站及暗挖施工中的地表沉降特别严重，部分建筑物出现较大沉降，同时出现较多裂纹，因以上诸多因素导致浅埋暗挖法存在风险。针对这种情况，为严格控制地表沉降，保证在隧道开挖期间周边建筑物的安全，同时满足西乡站以东段地铁如期运营的节点工期要求，改变为盾构法施工，从而在经济合理的前提下实现保工期、保安全的总体目标。

2 监测结果分析

2.1 单线隧道地表沉降分析

取西乡至固戍区间左线的3个断面的地表沉降数据进行分析，这三个断面分别为DZ1，DZ2，DZ3。在地铁隧道盾构法施工过程中，进行持续监控量测，对盾构机到达前、盾构机接近时、盾构机通过时、盾构离开时和最终稳定时5种状态下测的数据进行分析，如图1。

各个断面的沉降量变化和最终沉降量大小是不同的。由图 1可知，DZ1断面处最终沉降量最大，为30.24 mm，DZ3断面处最终沉降量最小为11.87 mm。主要原因有以下几个方面:

图1 DZ1，DZ2，DZ3断面横向沉降时程曲线

1)隧道埋深 隧道埋深越大，地表沉降影响范围越大，而地表的最终沉降量减小。3个断面分别处于不同的隧道埋深。DZ1，DZ2，DZ3断面处隧道埋深分别约为10，13，20 m。这是DZ1断面沉降量最大的主要原因。

2)地质条件 DZ1断面处于淤泥质层、富水砂层、粉质黏土层、混合花岗岩残积层和全风化层，该地段相对于其他2个断面地质条件稍差，其中主要由于淤泥质层、富水砂层、粉质黏土层受到扰动后稳定缓慢，自稳能力差，后期固结和蠕变残余形变引起沉降相对较慢，沉降量较大。地质条件是引发地表沉降的主要因素［5］。

3)注浆量等其它因素 注浆量的大小也是影响地表沉降、隧道稳定的一大因素。注浆量充足，隧道结构相对稳定，地表沉降变化平缓，最终沉降量小。DZ1，DZ2，DZ3 断面处注浆量分别为 3.4 m3，3.5 m3，4.0 m3。土压参数的不同，对地表沉降也造成一定的影响。

2.2 双线隧道地表沉降分析

深圳地铁西乡—固戍区间隧道为左右直线隧道，左线隧道与右线隧道间距23 m。隧道施工由一台盾构机施工，先施工左线，后施工右线。取与左线 DZ1，ZD2，DZ3断面相对应的右线 D1，D2，D3断面绘制左右线隧道施工地表沉降曲线，如图2。

图2 D1，D2，D3断面双线横向地表沉降曲线

由图2可见，隧道左线右线开挖引起的地表沉降叠加后，地表沉降曲线峰值由左线隧道轴线向两隧道中心线有所偏移。左线隧道开挖引起的地表沉降明显大于右线隧道开挖引起的地表沉降，这是由于左线隧道开挖引起土层扰动和软化［6-7］;左线隧道与右线隧道地质条件相似，左线隧道的先行开挖，为右线隧道开挖提供了准确的地质报告，及时修改了施工参数，保证了隧道安全快速施工［8］。

3 结论

单线隧道施工引起的地表沉降曲线对于隧道轴线基本上呈对称分布，左右线隧道施工引起的地表沉降曲线类似两个单线隧道施工引起的地表沉降曲线的叠加，沉降槽曲线呈双槽曲线。曲线峰值基本介于先行隧道轴线与双隧道中心线之间。

随着隧道埋深的增加，影响范围增大，地表沉降量下降。准确的地质勘查报告，监测数据的分析反馈和施工参数的及时修改，可以明显减小地表沉降量和沉降速率。此外，地下水的流失和注浆量的多少都是影响地表沉降的因素。

［1］张云，殷宗泽，徐永福.盾构法隧道引起的地表变形分析［J］.岩土力学与工程学报，2002，21(3):388-392.

［2］王梦恕.我国城市交通的发展方向［J］.铁道工程学报，2003(1):43-46.

［3］陶光龙，刘波.盾构过地铁站施工对地表影响的数值模拟［J］.中国矿业大学学报，2003，32(3):236-240.

［4］施成华.盾构法施工隧道纵向地层移动与变形预计［J］.岩土工程学报，2003，25(5):586-589.

［5］PECK R B.Deep excavations and tunnelling in soft ground［C］//In:Petrasovits G MecsiJ，Proceedings ofthe 7th InternationalConference on Soil Meehanies and Foundation Engineering.Mexieo，State of the Art Volume，Soeiedad Mexieana de Meeaniea de Suelos，A.C，Mexieo City，1969:225-290.

［6］ATTEWELL P B，YEATES J，SELBY A R.Soil movements induced by tunnelling and their effects on pipelines and structures［M］.Glasgow:Blackie，1986:10-50.

［7］王国栋，肖立，张庆贺.盾构在道路和铁路下推进引起的沉降对比研究［J］.铁道建筑，2010(10):57-60.

［8］刘招伟.地铁隧道盾构法施工引起的地降分表沉析［J］.岩石力学与工程学报，2003，22(8):1297-1231.